高速列车可变阻尼抗蛇行减振器适应性研究

针对高速列车运行里程长、运行速度不断提高,线路状况复杂,导致车辆运行性能恶化的情况,开展可变阻尼抗蛇行减振器适应性研究。采用动力学软件SIMPACK建立车辆系统动力学模型,模拟车辆不同运行工况,进行动力学仿真计算,获得车辆在速度变化、线路恶化和不同曲线运行的相关车辆动力学性能指标,分析抗蛇行减振器阻尼参数变化对车辆运行平稳性和安全性的影响。结果表明:通过调整抗蛇行减振器阻尼值,可使高速列车更好地适用于不同运行工况;高速列车采用可变阻尼式抗蛇行减振器,可以更好地保证车辆运行安全性。     

高速列车半主动悬挂可变刚度和阻尼减振器适应性研究

针对中国高速列车运行速度高、运营里程长、轮轨磨耗加剧,被动悬挂式抗蛇行减振器适应性较差,导致转向架抗蛇行稳定性能不足的情况,开展半主动悬挂抗蛇行减振器研究。首先,基于高速列车悬挂系统非线性和轮轨接触非线性特征,建立了高速列车模型、磁流变阻尼器模型、可变刚度和阻尼抗蛇行减振器模型;然后分析了抗蛇行刚度和阻尼参数对新轮轨和磨耗轮轨的车辆动力学性能的影响,并针对磨耗轮轨接触提出了半主动悬挂控制策略;最后,对比分析了被动悬挂和半主动悬挂车辆运行性能的差异。结果表明:通过采用半主动悬挂调整抗蛇行减振器的刚度和阻尼参数可大幅改善磨耗轮轨接触的车辆运行性能,保证构架不发生蛇行失稳,与采用被动悬挂抗蛇行减振器的车辆相比,车体横向加速度和构架横向加速度分别降低22.4%和16.0%。     

磁流变阻尼器的自适应时滞补偿实时混合试验

时滞及补偿问题是实时混合试验的核心问题。在磁流变阻尼器的实时混合试验系统中,磁流变阻尼器的强非线性导致加载系统时滞波动,适用于定时滞系统的常规时滞补偿方法的补偿效果不够理想。针对此类问题,采用基于模型参数识别的自适应时滞补偿方法开展实时混合试验。阐述了该方法的原理,并通过磁流变阻尼器实时混合试验的数值模拟及真实试验验证了方法的有效性。     

高速列车抗蛇行减振器作用机制与频变刚度应用研究EI北大核心CSCD

为了研究高速列车抗蛇行减振器作用机制进而对最优减振器参数选配提供理论指导,分析了减振器的频变特性和最优能量耗散条件,基于两类典型高速列车横向动力学模型对抗蛇行减振器参数进行多目标优化,及整车线性稳定性和模态能量分析,总结了抗蛇行减振器作用机制。得出结论如下:抗蛇行减振器不仅其阻尼对车辆蛇行能量起耗散作用,其刚度特性对车辆横向稳定性的影响更为显著,减振器刚度需随蛇行频率增加而增大;利用车体与转向架蛇行模态能量占比及其牵连作用说明抗蛇行减振器等效刚度作用机制,并根据最优能量耗散理论实现抗蛇行减振器串联刚度与阻尼的匹配。提出了应用频变刚度抗蛇行减振器的思路和结构方案,针对频变刚度曲线进行优化和车辆横向稳定性分析,结果表明,采用频变刚度抗蛇行减振器可显著改善极端轮轨接触状态下车辆横向稳定性,降低高速列车出现低频晃车和高频抖车现象的风险,对实现不同车轮踏面磨耗阶段车辆自适应稳定性起到积极作用。     

实时混合试验的自适应时滞补偿方法

实时混合试验是由拟动力试验发展而来,时滞问题是实时混合试验的核心问题。传统时滞补偿方法往往假定试验中时滞不变,然而加载系统的非线性以及试件性能的变化可能导致系统时滞变化,使得此类方法性能不够理想。该文针对变时滞实时混合试验提出了基于模型参数识别的自适应时滞补偿方法。该方法将伺服系统简化为离散模型,通过在线参数估计确定系统状态,从而对伺服系统进行在线时滞补偿。该文首先阐述了该方法的原理,再通过数值模拟验证了方法的可行性与精度,并分析了不同模型对补偿的影响。     

基于可变刚度抗蛇行减振器的车辆动力学性能研究

CRH3系列高速动车组在长期服役过程中偶有发生蛇行运动稳定性裕量不足的问题,车辆装配T60型抗蛇行减振器,在车轮磨耗末期易发生构架横向加速度报警问题,装配T70型抗蛇行减振器,则在新轮或车轮磨耗初期易发生“晃车”的问题。针对晃车和报警问题开展可变刚度抗蛇行减振器的仿真与试验研究,以满足车辆在不同轮轨接触状态下车辆的蛇行运动稳定性需求。动力学仿真表明,可变刚度抗蛇行减振器能有效兼顾解决“晃车”和“报警”问题;进一步分析可变刚度抗蛇行减振器与两种高速踏面的适应性,采用S1002CN踏面时车辆临界速度高于350 km/h,而采用LMB10踏面时仅为220 km/h,且S1002CN踏面对应的平稳性和舒适度指标都优于LMB10踏面。最后通过整车滚振台架试验对变刚度抗蛇行减振器性能进行了试验验证,结果表明该减振器可以兼顾轮轨低锥度和高锥度匹配状态,可使车辆均具有良好的动力学性能。     

实时混合试验的自适应时滞补偿方法EI北大核心CSCD

实时混合试验是由拟动力试验发展而来,时滞问题是实时混合试验的核心问题。传统时滞补偿方法往往假定试验中时滞不变,然而加载系统的非线性以及试件性能的变化可能导致系统时滞变化,使得此类方法性能不够理想。该文针对变时滞实时混合试验提出了基于模型参数识别的自适应时滞补偿方法。该方法将伺服系统简化为离散模型,通过在线参数估计确定系统状态,从而对伺服系统进行在线时滞补偿。该文首先阐述了该方法的原理,再通过数值模拟验证了方法的可行性与精度,并分析了不同模型对补偿的影响。     

基于时滞追踪的实时混合试验自适应补偿方法

实时子结构试验方法因其高效、适用面广,近20年来受到结构试验领域的重视。虽然近年来硬件技术有所提升,但仍受到一些限制,例如,作动器加载时运动机构和控制回路存在时滞,导致无法准确地施加位移。故实时子结构试验中,如何消除时滞影响成为试验成功与否的关键所在。为了减小和消除实时子结构试验中时滞的不利效应,该文首先根据液压伺服作动系统和Simulink建立了实时子结构试验平台,而后提出了基于时滞追踪的自适应补偿方法,最后采用数值仿真和子结构加载试验进行了验证和参数分析。结果表明:该算法可根据作动系统负载不同对时滞实时自适应地补偿,从而避免迭代试验。该方法不改变原控制器固有算法,也无需对系统时滞参量进行预判定或系统辨识,只需将提出的自适应补偿算法串联接入到系统之中即可,实用性、鲁棒性好。算法对非线性系统导致的时变时滞效应也有理想的补偿效果,通过一个铝合金梁的弯曲测试说明了该算法的正确性,可推广应用于结构实时仿真试验。     

一种新型半主动协调控制对高速动车组曲线通过性能的影响

针对二系横向减振器和抗蛇行减振器在进行单独控制时出现的效果单一问题,提出了一种新型半主动协调控制方法,可协调直线和曲线线路条件下的车辆综合动力学性能。建立300 km级高速动车组的动力学模型,其中二系横向和抗蛇行减振器均进行了参数化处理;构建了横向和抗蛇行减振器的半主动控制模型,并模拟了动车组通过曲线轨道时的真实工况。经过仿真对比,发现单独对横向减振器施加半主动控制时,虽然能有效提高平稳性能,但会使安全性能恶化;而单独对抗蛇行减振器进行控制时,虽然使曲线通过性能提高,但会降低横向平稳性。有鉴于此,提出了一种针对横向减振器和抗蛇行减振器的新型半主动协调控制策略。经过仿真分析,发现该新型协调控制策略可有效解决上述问题,保证列车在曲线通过时,在确保安全性能的同时具有良好的平稳性能。     

基于最小二乘法的时滞实时在线估计方法

在实时子结构试验中,液压伺服加载系统的时滞可能导致试验因丧失稳定而失败,因而时滞估计和补偿是该类试验的关键问题之一.在分析另外两种实时子结构试验时滞估计方法缺点的基础上,根据泰勒级数建立了命令位移、响应位移和系统时滞之间的近似关系,提出了采用渐消记忆递推最小二乘算法实时在线估计系统时滞的方法.时滞估计算例表明,即使考虑了随机测量误差和幅值误差,该方法也具有较好的反应速度和精度,能较好地跟踪系统时滞的变化.实时子结构试验时滞补偿算例表明,所提出的估计方法的精度、反应速度和时滞补偿效果都比较理想.与另外两种实时子结构试验时滞估计方法相比,该方法具有一定优势.     

高速动车组抗蛇行减振器参数优化研究

蛇行运动是轨道车辆的固有属性,随着高速铁路的发展,高速动车组稳定性问题越来越突出,抗蛇行减振器对于车辆稳定性具有重要影响,通过优化抗蛇行减振器参数可以有效提升高速动车组运行性能。本文建立高速动车组车辆动力学模型,利用超拉丁采样选取减振器设计参数,并采用 KSM 模型进行动力学响应分析,最后采用 NS?GA?Ⅱ算法对抗蛇行减振器参数进行优化,并对优化前后的动车组动力学性能进行对比。结果表明：优化后参数下,XP55 标准车轮临界速度提高 15.28%,达到 463.8 km/h, XP55 磨耗车轮临界速度提高 13.71%。优化后参数进一步提升了车体的平稳性和舒适度,轮轴横向力减小。同时优化后参数降低了新轮工况和磨耗车轮工况下的车体和转向架横向加速度幅值,抑制了车辆横向振动。分析了减振器参数优化对接触点位置和车轮磨耗指数的影响,优化后参数减小了车轮横向接触点横移,速度为 250 km/h 时,XP55 标准车轮磨耗指数减小 14.65%,XP55 磨耗车轮磨耗指数减小 15.8%。因此,抗蛇行减振器参数优化后可以有效提高车辆稳定性和运行性能。     

面向车辆平稳性的抗蛇行减振器结构参数多目标优化

高速动车组在运营过程中依赖抗蛇行减振器维持车体横向振动的平稳性,为提高不同工况下车辆运行平稳性,需要对抗蛇行减振器结构参数进行多目标优化。首先建立包含抗蛇行减振器液压数值模型与CRH3 车辆动力学模型的UM-SIMULINK联合仿真模型,分析抗蛇行减振器结构参数对车辆平稳性的影响,随后基于车轮磨耗对轮轨接触几何的影响设计两种工况,基于UM-ISIGHT 联合仿真采用NSGA-II 算法对抗蛇行减振器结构参数进行多目标优化。结果表明：抗蛇行减振器常通孔径、卸荷孔径和活塞杆直径对车辆平稳性有不同程度的影响。车速较低时,增大常通孔径有利于车辆平稳运行;车速较高时,随着直径增大,常通孔、卸荷孔和活塞杆直径分别使车辆平稳性呈现“劣-优-劣”、“优-劣-稳定”和轴对称下降的变化趋势。对抗蛇行减振器常通孔径和卸荷孔径进行多目标优化后,高速、高等效锥度条件下车辆平稳性提高20.72 %,优化效果显著。     

气动力作用下高速车辆横向稳定性分析

从气动弹性力学角度出发,以17个自由度的高速列车车辆模型为研究对象,基于准定常气动力的假设,建立了气动力作用下的车辆横向运动微分方程。采用特征值分析理论确定了线性系统的临界蛇行速度,分析了气动力对车辆蛇行临界速度及曲线通过性能的影响;采用数值积分方法研究了车辆在气动力和轮缘力联合作用下的极限环响应。结果表明:气动力对高速列车车辆横向稳定性、曲线通过性能及极限环振动有着较为明显的影响。     

EMD-ISOMAP高速列车小幅蛇行异常特征提取

小幅蛇行异常是剧烈蛇行失稳的征兆,它不仅影响乘坐舒适性,导致轮轨疲劳接触,而且随着轮轨磨损加剧、列车服役时间增长、运行速度提高,小幅蛇行会不断加剧,特别是在抗蛇行减震器失效的状况下,可能会引起列车脱轨,严重影响行车安全。但现有的高速列车转向架峰值监测法不能监测小幅蛇行异常。针对该问题,提出一种基于经验模态分解和流形学习的特征提取方法。首先,利用EMD分解得到多个固有模态函数(IMF),计算每个IMF的样本熵,作为初步提取特征;然后利用流形学习方法对初步提取的特征进一步提取;最后利用最小二乘法支持向量机对特征提取方法进行评估,并将该方法应用于高速列车320~350 km/h状态下小幅蛇行异常识别中,小幅蛇行异常的识别率达到100%。结果证明:EMD-ISOMAP方法能够有效识别小幅蛇行异常,识别效果优于基于小波变换特征提取方法;该方法降低特征数据复杂度的同时,还增强状态识别的分类性能。     

二阶段在线迭代时滞补偿方法及试验验证

实时子结构试验是结构抗震性能研究的重要方法之一;有研究表明,液压伺服系统的时滞在实时子结构试验中产生负阻尼效应,导致试验结果不准确;而试验中时滞是时变参量,无法事先测得;因此,对实时子结构试验控制系统进行时滞补偿具有重要意义。介绍了二阶段时滞补偿的原理,将系统时滞分割为空载定时滞和负载变时滞,提出基于二阶段时滞补偿的控制方法,设计实时计算系统时滞的方法。经数值模拟和刚性构件实时子结构试验,验证所提出的时滞补偿方法具有精度高、鲁棒性好的特点。     

道岔对高速列车小幅蛇行极限环演变的影响

国内某线路高速列车因二系横向减振器故障在普通线路上产生小幅蛇行运动,并在过岔时演变为蛇行失稳。基于该线路列车参数建立SIMPACK动力学仿真模型与可动心轨道岔截面模型,分析减振器故障车辆过岔后的小幅蛇行极限环的演变趋势。首先计算普通轨道、转辙区、辙叉区、完整道岔4种激扰的分别作用下,故障车辆产生稳定极限环的临界速度。随后计算车辆在入岔前不同轮对蛇行横移量幅值对车辆临界速度的影响。最后通过相轨迹图分析上述因素对故障车辆的轮对蛇行不稳定极限环的演变的影响。研究结果表明,直向通过可动心轨道岔时的激扰增加的蛇行能量会使车辆产生极限环的速度降低,不稳定极限环演变得更快。车辆进入岔区前蛇行幅值增加,失稳临界速度降低,会进一步加快不稳定极限环的演变。因此在监测车辆进岔时需要对轮对小幅蛇行幅值进行分析,合理降速以防蛇行失稳的演变。     

基于EEMD能量熵的高速列车蛇行诊断研究

为解决列车高速运行时,出现的蛇行失稳故障难以被准确识别的问题,提出一种基于集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)熵特征和最小二乘法支持向量机(least squares support vector machine,LSSVM)的高速列车蛇行异常运动状态的诊断方法。首先通过EEMD对高速列车蛇行故障振动信号进行分解,再提取固有模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量的样本熵特征、香农熵特征和能量熵特征,最后分别用LSSVM进行训练和识别。试验结果表明:高速列车在330~350 km/h的运行速度下,EEMD熵特征-LSSVM方法能准确识别高速列车蛇行失稳状态,并且LSSVM的输入特征为能量熵特征时,识别效果优于样本熵特征和香农熵特征,识别率达到95%。     

基于实时混合试验误差累积规律的时滞影响修正方法

为减小实时混合试验中的时滞影响,通常要对数值子结构计算得到的控制指令进行在线时滞补偿。为了保障实时性,要求作动器的负载不宜过大并处于最佳的性能区间。由于大比尺实时混合试验中物理子结构负载较大,对控制系统和作动器性能都提出较高的要求。此外,目前时滞补偿算法是无法完全消除时滞影响的,也即,时滞普遍存在于实时混合试验中且无法避免。针对上述问题,基于双显式数值积分算法的误差累积规律,该文提出了一种可以在试验后对试验结果进行修正以消除时滞不利效应的方法。分析了时滞对于实时混合试验结果的影响,对较大时滞情况下,尽管系统稳定,但可能得到“错误”的试验结果;通过理论推导,证明提出方法的合理性和适用性;通过4种实时混合试验工况的模拟,验证物理子结构分别为线性刚度、线性阻尼、非线性刚度及非线性阻尼构件的时滞修正效果。结果表明:所提出的方法可以显著降低时滞对于试验结果的影响;该方法对试验中时滞补偿效果不理想的情况,可以对位移、速度和加速度结果进行修正。     

实时混合试验的自适应线性二次高斯时滞补偿方法研究

时滞补偿是实时混合试验(RTHS)成功非常关键的环节,传统时滞补偿方法主要针对建筑结构实时混合试验设计,主要关注低频的时滞补偿能力,但航空、交通等领域的结构频率较高,甚至超过10 Hz,高频信号对结构响应的影响不可忽略,较高的结构频率要求更小的时滞保证稳定性,对其进行实时混合试验需要在较宽频带上实现时滞补偿。该文提出了自适应线性二次高斯算法(ALQG)提高对高频信号的时滞补偿能力和稳定性。采用不同轨道梁截面刚度参数的桥梁作为数值子结构进行实时混合试验,检验ALQG算法在车桥耦合系统RTHS中时滞补偿的有效性和稳定性,并与采用ATS的结果进行比较。试验结果表明:ALQG算法能够较好补偿RTHS中的高频信号,补偿效果优于ATS算法。     

面向车辆平稳性的抗蛇行减振器结构参数多目标优化

高速动车组在运营过程中依赖抗蛇行减振器维持车体横向振动的平稳性,为提高不同工况下车辆运行平稳性,需要对抗蛇行减振器结构参数进行多目标优化.首先建立包含抗蛇行减振器液压数值模型与CRH3车辆动力学模型的UM-SIMULINK联合仿真模型,分析抗蛇行减振器结构参数对车辆平稳性的影响,随后基于车轮磨耗对轮轨接触几何的影响设计...